PLC 技術在電氣設備自動化控制中的應用

馬吉祥

（煙臺市雷騰電子科技有限公司， 山東 煙臺 264000）

0 引言

近年來社會經濟飛速發展， 電氣技術也得以不斷更新進步，對于電氣相關企業而言，要實現自身的持續穩健發展，提升市場核心競爭力，應當開展好各類電氣設備的管控工作，不斷推進自動化控制技術的推廣與應用。自動化控制的實現需要依靠現代科技的支撐， 可編程邏輯控制器（PLC）屬于計算機科學的重要衍生技術，將PLC 可編程控制器運用到電氣設備控制中來可以在很大程度上保證設備運行的安全穩定性， 促進企業經濟效益不斷提升，實現持續健康發展[1]。

1 PLC 可編程控制器概述

20 世紀70 年代初， 基于繼電控制技術演變出的PLC 技術問世， 這一技術的產生讓繼電器控制的邏輯判斷、計數以及計時作用得以進一步發揮。PLC 技術整合了自動控制、計算機技術以及通信技術等，可以和電氣設備之間進行直接通信，自動生成作業報表，及時發現并示警可能存在的故障異常。 PLC 技術屬于現代工業系統中非常重要的組成部分， 和計算機基本操作原理存在一定差異的是，PLC技術具備和工業系統統一的數據傳輸體系， 包含了與控制系統相匹配的控制軟件， 表現出極強的信息傳輸性能[2]。 原理結構圖如圖1 所示。

圖1 原理結構圖

2 電氣設備自動化控制中使用PLC 技術的作用

2.1 有助于提高準確性以及安全性

在借助傳統機械設備來傳輸數據時， 往往會消耗大量的人力與物力，且在此過程中，數據傳輸的準確性也無法得到保證。 而通過使用PLC 技術，則有助于成功實現對數據信息的準確處理與傳遞， 進而降低人工作業的難度，提高數據的準確性。 且由于人工難度降低了，因而也就在一定程度上避免了人工失誤的出現，大大提高了電氣設備自動化系統的安全性、高效性。 同時，在工業發展過程中，通過將PLC 技術應用于電氣設備自動化控制中，能夠非常明顯地提升電氣設備自動化系統的抗干擾性能，即使作業環境非常復雜，電子設備自動化系統的運轉也不會受到影響，最終讓工業行業的生產效率不斷提高[3]。 另外，隨著國家科技水平日益提升，PLC 技術也愈加完善， 其功能得到了進一步優化，進而確保了電氣設備自動化的良好發展。

2.2 促使操作向著簡便和穩定的方向發展

經比較可知，傳統的電氣設備不僅運行復雜，且操作起來也十分繁瑣，如此也就增加了人工作業的壓力，讓工作人員面對快節奏的生活需求往往很難適應[4]。 而應用PLC 技術，則很好地解決了這個問題。 且該技術主要是通過計算機來傳達操作指令的，這樣一來也就簡化操作。 且PLC 技術屬于獨立生產技術的范疇，對于電氣設備行業發展需求，其自身性能優勢已可滿足。 但在實際工業生產過程中，電磁干擾對電氣設備使用的影響較大，加之操作人員缺乏較高的知識水平， 所以也就影響到了電氣設備的應用效果。 所以，在具體發展過程中，應將提高此項技術的穩定性、高效性作為重點，以讓電氣設備自動化控制的應用效果得到充分保障。

2.3 有利于電氣設備自動化控制實現多功能運用以及網絡化使用

傳統的控制處理方式，往往無法實現多種電氣設備的快速運轉，所以便需要對PLC 技術予以采用。 其具備多功能特性， 能夠讓各類型電氣設備的運行更加安全且高效。從而讓國民生活需求得到滿足。 受此因素影響，便對注重優化、完善集散型控制系統，提高其技術水平，以有效減少生產過程中的問題，促進服務質量的提升。與此同時，將這一技術應用于電氣設備自動化控制過程中，能夠為系統的運行提供有效保障，高效進行工業生產。利用這一方式，形成一種對現場總線控制的系統，如此既可對生產作業流程實施嚴格控制，還能夠控制儀表，確保智能化、網絡化改變的實現，最終促進企業自動化生產效率、電氣設備自動化生產水平的提升，對國家發展起到積極推動作用。

3 PLC 技術在電氣設備自動化控制中的應用

3.1 PLC 技術在順序控制中的應用

在電氣設備自動化控制中， 最關鍵的一部分就是順序控制，將PLC 技術應用于此節可對整個系統進行優化，最終實現更標準、 更有針對性以及系統化的生產工藝控制[5]。這一技術應用于順序控制中，其基礎是通信總線，可利用總線把主控層、遠程控制站連接起來，再對整個電氣設備系統的運行進行控制。 當控制要求增加， 現在應用PLC 技術進行順序控制需把以下幾方面做好： ①實現對控制站與設備傳感器的有效連接； ②為對電氣設備的實際情況有一個充分了解， 應借助顯示屏上顯示的信息做出準確判斷， 控制室人員可將顯示屏的信息結合起來發出控制指令，讓遠程監控與控制同時實現，最終順利實施順序控制；③把PLC 技術應用于順序控制中，能夠做到對順序控制階段的動態監控， 以使不同設備與生產工藝的需求都能夠通過控制得到滿足， 且可在PLC 中提前編寫每個控制階段的程序，借以開展自動化控制，確保各控制階段智能化運行的順利實現（見圖2）。

圖2 基于PLC 的順序控制

3.2 PLC 技術在開關量控制中的應用

在傳統的控制系統中一般會用到大量電磁元件， 其中包括電磁性繼電器等， 而這樣一來也就增加了接觸點故障的發生概率，讓系統的可靠性、穩定性大打折扣。同時傳統控制系統本就具有復雜的接線。在自動化控制系統應用PLC 技術，只需把大量實物元件的軟繼電器數量減少，便有助于系統可靠性的提升，且系統本身的功能也會更加齊全，維修保養起來也不會太復雜。基于二次接線的簡化，能夠把對專門閃光電源的配備需求減少。而PLC 控制系統不僅能夠將系統輔助開關數量減少，還可實現對多臺斷路器的信號的集中顯示，做到集中控制。在火力發電系統中應用備用電源自動投入裝置， 能夠讓系統的可靠性得到充分保障。 為了讓這一類裝置的控制能力得到進一步提升，需在電業局生產中合理運用以PLC 技術為基礎的備用電源自動投入裝置。 若需對系統的運行方式做出更改，可通過修改又或是調整編程即可，不同再進行其他的操作。 另外，系統自身的邏輯判斷和數據處理能力也一定要強。 利用把系統的抗干擾能力提高，來幫助其對各種情況做出有效應對，并將適用范圍擴大，讓保障系統的運行更加高效且穩定。

3.3 PLC 技術在閉環控制系統中的應用

閉環控制系統其實是在補充PLC 控制系統， 具備泵類電機設備。這一種設備主要有三種啟動方式，分別是機旁手動啟動、自動啟動以及現場控制箱手動啟動。通過對PLC 技術予以應用，能夠自動啟動泵類電機設備，方便將泵的工作總時長聯系起來對備用泵做出合理選擇。 如果啟動方式為機旁手動啟動，那么可以實際情況為基礎，并根據運行要求，現場展開調試，按照各臺泵運行時間的不同對主備用泵的開關進行控制。在具體操作時，開關所在位置應該是調速器手動檔位，從而方便進行操作。通過結合PLC 技術和一般控制系統， 有助于安全系數更高的回路形成。就算PLC 控制系統出錯，常規系統的運行也不會受到影響，進而讓泵類電機設備能夠正常運行。把PLC 技術應用于閉環控制系統中，可把系統分為三個單元，分別是轉速測量、電子調節以及電液執行。這三個單元的應用對控制系統的穩定性、可靠性均會產生直接影響，可實現對解調器調節規律的有效把控， 更好地應用導水機。 總之，在閉環控制系統中應用PLC 技術，可從宏觀層面上確保調控的有效性， 讓操作人員對電氣設備控制系統的實際情況有一個充分掌握， 進而實現對其各項參數數據的全面把控， 同時方便他們對指令的接收以及傳輸信號的識別，最終讓電氣設備得到有效控制，實現穩定運行。

3.4 PLC 技術在運動控制中的應用

運動控制一般是對電氣工程內相關部門的實際運行情況實施自動化監測， 可以在很大程度上保證系統的穩定運行， 也可以讓整個系統嚴格根據預定流程執行相關命令。 運動控制在實際應用中通常是結合不同部件的具體狀態， 依托于集成單片機對設備的耗材部件實施有效監測，及時對存在較大損耗的部件予以更換。另外本文以發電機組PLC 技術的應用為例，運動控制涉及的PLC 系統架構相對復雜，但能夠顯著促進作業效率提升，可以實時了解發電機組相關設備部件的實際運行情況， 比如說利用PLC 技術可以實現三相異步電動機的正反轉， 基本控制連接圖和梯形圖如圖3 所示。

圖3 三相異步電機正反轉控制接線圖與梯形圖

4 PLC 技術的應用實例—以膠帶運輸機的開關量控制為例

本文研究選擇西門子S7-200 型可編程邏輯控制器，該型號的控制器表現出極高的自動化水平， 同時能夠借助于合理組合的方式給用戶帶來更為豐富的服務， 有效滿足用戶的差異化需求。該型號控制器能夠依靠網絡、計算機、工業以太網搭建相對全面的控制系統，能夠在諸多行業和領域予以運用。

通過圖4 能夠了解到， 針對S7-200 型控制器來說，將2 臺三相異步電動機采取并聯的模式和三線電源進行連接， 不同電機開啟與關閉通過RJ1 與RJ2 兩個開關予以控制， 三相接線主要通過QF1 與QF2 予以控制。 對PLC 控制系統軟件進行設計的過程中， 相關設計人員應當確保賦予其更加人性化的功能， 可以在自動化控制的前提下融入手動操作模塊， 從而確保系統表現出更強的靈活性。 如果自動控制系統發生故障， 工作人員還能夠通過手動控制來進行設備啟停，防止出現更為嚴重的后果。

圖4 電機主電路接線圖

4.1 主程序設計

主程序設計工作屬于維持電機穩定運行的關鍵一環，其主要承擔了調度以及平衡相關子程序的重任，科學的主程序設計可以確保電氣設備保持安全穩定運轉。 自動啟停、 手動啟停以及全線啟停屬于該系統的幾種不同控制模式。除開作業人員手動予以啟停，另外兩種方式都應當依靠傳感器進行信號傳輸， 同時在中央處理器輔助下實現對內部邏輯的控制。 手動啟停模塊不需要系統進行調度，作業人員直接借助外部繼電器對電路予以操控。

（1）膠帶啟動。全線啟動：作業人員按下操作按鈕，膠帶運輸機第一時間發出報警信息，大約維持5s 左右指示燈變綠。自動啟動：作業人員開啟膠帶運輸機自啟動功能，隨后按下1 號電機按鈕，在這一狀態下會發出3s 左右的報警信息，隨后指示燈變綠，代表1 號電機已經處于正常運轉狀態，對于2 號電機來說也應當采取一樣的操作流程進行啟動，若指示燈變綠代表2 號電機也處于正常運轉狀態。 手動啟動：作業人員按下1 號電機按鈕后觀察到指示燈變綠，再隨即按下2 號電機按鈕，綠燈亮起后代表電動機都已經進入正常運行狀態。

（2）膠帶停止。 全線停止：作業人員按下停止按鈕之后，1 號膠帶機故障指示燈隨即點亮，膠帶機第一時間停止，等待3s 左右2 號膠帶機故障指示燈點亮，隨后停止工作。 自動停止：借助于PLC 控制系統，能夠在兩臺機器中設置停止按鈕， 作業人員按下之后能夠及時停止運行并點亮故障指示燈。手動停止：作業人員按下按鈕后自動指示燈熄滅，隨即膠帶機停止。

4.2 故障程序設計

為促進膠帶運輸機作業效率不斷提升， 借助于PLC控制系統能夠把若干傳感器設置于其可能出現故障的區域，如果發生運行故障，傳感器能夠第一時間把故障信息傳輸到PLC 控制系統， 通過中央處理器對故障信號實施分析，給出科學的電控控制指令，從而讓處于故障區域的指示燈第一時間點亮，幫助作業人員及時發現。若設備故障信息大于限值，PLC 控制系統能夠自動讓膠帶機及時停機，有效降低可能造成的損失。 當故障完成排除之后，通過按下復位鍵則能夠讓膠帶機順利運行。

5 結束語

總而言之，PLC 技術在電氣自動化控制中的推廣運用，可以讓過去較為復雜的繼電器邏輯進行優化，促進系統運行穩定性不斷提升，在此基礎上還可以對設備自身結構進行完善，幫助相關企業減少生產維護成本。 同時PLC技術的普及應用能夠幫助作業人員在短時間內了解并熟悉操作方式與維修技巧，所以表現出十分顯著的優勢與價值。PLC 技術在國內工業制造發展過程中帶來了很大的幫助，發揮出了有效的促進作用，在未來PLC 技術必然會得以不斷更新和改進，可以更加廣泛地應用到各種復雜環境中來。